5- Diseño de Pavimento Rigido

MEMORIA DE CALCULO DEL ESPESOR ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO RIGIDO Proyecto

: “CREACIÓN DE PISTAS, VEREDAS Y CUNETAS DE LA COMUNIDAD CAMPESINA DE LA ESPERANZA, DISTRITO DE TANTAMAYO – HUAMALIES – HUÁNUCO” : Comunidad Campesina La Esperanza - Tantamayo : Noviembre 2012

Ubicación Fecha

1.- GENERALIDADES 1.1 METODO AASTHO -93 Es uno de los metodos mas utilizados y de mayor satisfaccion a nivel internacional para el diseño de pavimentos rígidos. Dado que la investigación de la autopista AASHTO en diferentes circuitos. es desarrollado en función a un método experimental, con una profunda 1.2 FORMULACIÓN DE DISEÑO. La ecuación básica de diseño a la que llegó AASHTO para el diseño de pavimentos rígidos para un desarrollo analítico, se encuentra plasmada también en nomogramas de cálculo, está esencialmente basada en los resultados obtenidos de la prueba experimental de la carretera AASHTO. La ecuación de diseño para pavimentos rígidos modificada para la versión actual es la que a continuación se presenta 1.3 FORMULA GENERAL AASTHO

ΔPSI Log10( ) 4.5  1 .5 Log10(W18)  Zr  So  7.35  Log10(D 1)  0.06  7 1.624  10 1 8.46 (D 1)

 (4.22 0.32 Pt ) Log10[215.63

0.75 Sć Cd (D  1.132)

0.75 215.63 J (D 

Donde: D W18 Zr So ∆PSI Po Pt S'c Cd J Ec K

= = = = = = = = = = = =

] 18.42 0.25) Ec k

 

Espesor de la losa del pavimento en (in) Tráfico (Número de ESAL´s) Desviación Estándar Normal Error Estándar Combinado de la predicción del Tráfico Diferencia de Serviciabilidad (Po-Pt) Serviciabilidad Inicial Serviciabilidad Final Módulo de Rotura del concreto en (psi). Coeficiente de Drenaje Coeficiente de Transferencia de Carga Módulo de Elasticidad de concreto Módulo de Reacción de la Sub Rasante en (psi).

2.- VARIABLES DE DISEÑO 2.1 ESPESOR (D) El espesor de losa de concreto, es la variable “D” que pretendemos determinar al realizar un diseño de pavimento rígido. El resultado del espesor se ve afectado por todas las demás variables que interviene en los cálculos. Es importante especificar lo que se diseña, ya que a partir de espesores regulares una pequeña variación puede significar una variación importante en la vida útil. 2.2 TRAFICO (W18). El método AASTHO diseña los pavimentos de concreto por fatiga. La fatiga se entiende como el número de repeticiones ó ciclos de carga que actúan sobre un elemento determinado. Al establecer una vida útil de diseño, en realidad lo que se esta haciendo es tratar de estimar, en un periodo de tiempo, el número de repeticiones de carga a las que estará sometido el pavimento. La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años, en la que además se contempla el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende del desarrollo socio-económico de la zona.

“Mejoramiento de Pistas y Veredas de la Av. Aníbal Motto Vivanco Cuadras 12 y 13 en el Distrito de Jauja, Provincia de Jauja - Junín”

El método AASTHO diseña los pavimentos de concreto por fatiga. La fatiga se entiende como el número de repeticiones ó ciclos de carga que actúan sobre un elemento determinado. Al establecer una vida útil de diseño, en realidad lo que se esta haciendo es tratar de estimar, en un periodo de tiempo, el número de repeticiones de carga a las que estará sometido el pavimento. La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años, en la que además se contempla el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende del desarrollo socio-económico de la zona. 2.3 TRAFICO ESAL's

ESAL'sTDP AB365 Donde: ESAL`s= TPD= A= B= r= n= FC= TPD= A= B= r= n= FC=

13 29% 71% 1.30% 20 1

1 rn 1FC Ln1 r

Numero estimado de ejes equivalentes de 8.2 toneladas Transito promedio diario inicial Porcentaje estimado de vehiculos Pesados (buses camiones) Porcentaje de vehiculos pesados que emplean el carril de diseño Tasa anual de crecimiento de transito Periodo de diseño Factor camion VALOR (B) PORCENTAJE DE VEHICULOS PESADOS NUMERO DE CARRILES EN EL CARRIL DE DISEÑO 2 50 años 4 45 6 a mas 40 ESAL`s =

22,295.84

2.4 FACTOR DE CRECIMIENTO DEL TRÁFICO ( r ) El factor de crecimiento del tráfico es un parámetro que considera en el diseño de pavimentos, los años de periodo de diseño CASO Crecimiento Normal Vias complet. saturadas Con trafico inducido Alto crecimiento

TASA DE CRECIMIENTO 1% al 3% 0% al 1% 4% al 5% mayor al 5% r=

3.0%

2.5 PERÍODO DE DISEÑO (Pd). El presente trabajo considera un período de diseño de 20 años. (Recomendable) Pd =

20.00

2.6 FACTOR DE SENTIDO (Fs). Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deberá determinarse el correspondiente a cada sentido de CIRCULACION FACTOR 0.50 Un sentido 1.0 Fs = Doble sentido 0.5

2.7 FACTOR CARRIL (Fc). Es un coeficiente que permite estimar que tanto el tráfico circula por el carril de diseño. No CARRIL 1 2 3 4

FACTOR CARRIL 1.00 0.80 a 1.00 0.60 a 0.80 0.50 a 0.75

Fc =

1.00

2.8 TRÁFICO ESAL's MODIFICADO


Es el Tráfico afectado por el Factor Carril y el Factor de Sentido que da como resultado el Trafico Esal's según las condiciones reales de la vía 11,147.92 ESAL`s = 3.- FACTORES DE EQUIVALENCIA DE TRÁFICO Formulas que permiten convertir el número de pesos normales a ejes equivalentes los que dependen del espesor del pavimento, de la carga del eje, del tipo del eje y de la serviciabilidad final que se pretende para el pavimento. Tránsito esperado en el carril de diseño en millones de ejes equivalentes (W18)

Confiabilidad ( R )

Zr

So

Factor se Seguridad F.S.

<5 5 - 15 15 - 30 30 - 50 50 - 70 70 - 90

50 50 - 60 60 - 70 70 - 75 75 - 80 80 - 85

0.000 0.000 - 0.253 0.253 - 0.524 0.524 - 0.674 0.674 - 0.841 0.841 - 1.037

0.35 0.35 0.35 0.34 0.32 0.30

1.00 1.00 - 1.23 1.23 - 1.83 1.51 - 1.70 1.64 - 1.86 1.76 - 2.05

3.1 CONFIABILIDAD: Se denomina confiabilidad (R%) a la probabilidad de que un pavimento desarrolle su DESVIACIO ESTANDAR (Zr) Confiabilidad R (%) Desviac. Estan. (Zr) TIPO DE PAVIMENTO CONFIABILIDAD 50 0.000 Autopistas 90% 60 -0.253 Carreteras 75% 70 -0.524 Rurales 65% 75 -0.674 Zonas industriales 60% 80 -0.841 Urbanas principales 55% 85 -1.037 Urbanas secundarias 50% 90 -1.282 91 -1.340 50.000 R (%) = 92 -1.405 93 -1.476 3.2 DESVIACIÓN ESTANDAR( Zr). 94 -1.555 95 -1.645 Es función de los niveles seleccionados de 96 -1.751 confiabilidad. 97 -1.881 0.000 Zr = 98 -2.054 99 -2.327 99.9 -3.090 99.99 -3.750 3.3 ERROR ESTÁNDAR COMBINADO (So): AASHTO propuso los siguientes valores para seleccionar la Variabilidad o Error Estándar Combinado So, cuyo valor recomendado es: Para pavimentos rígidos En construcción nueva En sobre capas

0.30 – 0.40 0.35 0.4

So =

0.35

3.4 SERVICIABILIDAD (∆ PSI): La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía. La medida primaria de la serviciabilidad es el Índice de Serviciabilidad Presente. El procedimiento de diseño AASHTO predice el porcentaje de perdida de seviciabilidad (∆ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. Como el índice de serviciabilidad final de un pavimento es el valor más bajo de deterioro a que puede llegar el mismo, se sugiere que para carreteras de primer orden (de mayor tránsito) este valor sea de 2.5 y para vías menos importantes sea de 2.0; para el valor del índice de serviciabilidad inicial la AASTHO llegó a un valor de 4.5 para pavimentos de concreto y 4.2 para pavimentos de asfalto. INDICE DE SERVICIO 5 4 3 2 1

CALIFICACION Excelente Muy bueno Bueno Regular Malo

Entonces: Po = Pt = ∆ PSI = ∆ PSI =

4.5 2.0 Po - Pt 2.50


0

Intransitable

3.5 MÓDULO DE RUPTURA (MR) Es una propiedad del concreto que influye notablemente en el diseño de pavimentos rígidos de concreto. Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión, es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera la resistencia del concreto trabajando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (Sć) ó módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días 1/2 S'c = 32(F'c) F`c = 210 Kg/cm2 Concreto a Utilizar TIPO DE PAVIMENTO Autopistas Carretera Zonas Industriales Urbanos principales Urbanos Secundarios

S`c RECOMENDADO (Psi) 682.70 682.70 640.10 640.10 597.40

S`c =

463.724

Psi

3.6 DRENAJE (Cd) Para el cálculo del Coeficiente de Drenaje se tomará en cuenta el periodo regular lluvioso de la ciudad de Jauja (de Noviembre a Marzo), considerandose 3 dias a la semana con precipitaciones que generan saturación. Se considera 5 días de lluvia al año que podrian producir condiciones de Saturación. La Calidad del drenaje lo consideraremos bueno luego de ejecutarse la Construcción del pavimento Rígido. 22 Total de dias de Noviembre a Marzo= 151 Total de semanas= 5 Dias a la Semana que generan saturación= 3 Dias al año que producen saturación= Total de dias que generan saturación= 71 % de tiempo del pavimento expuesto a Saturación= 19.45% Calidad de Drenaje

% de tiempo del año en que el pavimento está expuesto a niveles de saturación

Menor a 1% 1% a 5% 5% a 25% Mayor a 25% Excelente 1.25 – 1.20 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 Bueno 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 Regular 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 Pobre 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 Muy pobre 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 – 0.70 0.70 Nota: Para el caso los materiales a ser usados tiene una calidad de drenaje buena y esta expuesto en un 19.45% durante un año 1.05 Cd = 3.7 COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGA (J). Es la capacidad que tiene la losa de transmitir fuerzas cortantes a las losas adyacentes, lo que repercute en minimizar las deformaciones y los esfuerzos en las estructuras del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de carga mejor será el comportamiento de las losas. Este concepto depende de los siguientes factores: . Cantidad de Tráfico. . Utilización de pasajuntas. . Soporte lateral de las Losas. 4.2 La AASTHO recomienda un valor de 4.2 para pavimentos rígidos J= 3.8 MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO (Ec). Se denomina Módulo de elasticidad del concreto a la tracción, a la capacidad que obedece la ley de Hooke, es decir, la relación de la tensión unitaria a la deformación unitaria. Se determina por la Norma ASTM C469. Sin embargo en caso de no disponer de los ensayos experimentales para su cálculo existen varios criterios con los que pueda estimarse ya sea a partir del Módulo de Ruptura, o de la resistencia a la compresión a la que será diseñada la mezcla del concreto. Las relaciones de mayor uso para su determinación son: Fć = Resistencia a la compresión del concreto (Kg/cm2) = 210 Kg/cm2 Ec = 4700 x (f’c)1/2 (En MPa) Ec = 15000 x (f’c)1/2 (En Kg/cm2) Ec = 1500 x ( 210 )^1/2

Ec =

217,370.65

Kg/cm2

Ec =

3,091,736.68

Psi

3.9 MODULO DE REACCIÓN DE LA SUB RASANTE (K) Se han propuestos algunas correlaciones de “ K “ a partir de datos de datos de CBR de diseño de la Sub Rasante, siendo una


K = 2.55 + 52.5(Log CBR) K = 46.0 + 9.08(Log CBR) 4.34

Mpa/m Mpa/m

→ →

CBR ≤ 10 CBR > 10

CBR sub rasante= 19.7 Según estudio realizado en el Laboratorio de Mecanica de suelo del Ing. Flores Sulca Fidel Gregorio 73.83

K= 4.- ESPESOR DEL PAVIMENTO Según la formula General AASHTO: Log10 (W 18 )  Zr  So  7.35  Log10 ( D  1)  0.06 

 ( 4 .22  0 .32  Pt )  Log 10 [ 215 .63

PSI

Log10 (

4 .5  1 .5 7 1.624  10 1 8.46 ( D  1)

S ć  Cd  ( D 215 .63  J  ( D

0 .75

0 .75

)

 1 .132 ) 18 .42 ) 0 .25 Ec k





]



Haciendo tanteos de espesor hasta que (Ec.I) Sea aproximadamente Igual a (Ec.II):

Log (W18)  Zr  So  0.06  10 Log 7.35  Log

10

(D  1) 

D=

6.442 in

4.107 …….. Ec. I

 ΔPSI   10   4.5  1.5 

1

1.624x10 7 D  18.46

 (4.22 0.32 Pt ) Log10[215.63

0.75 Sć Cd (D  1.132)

0.75 215.63 J (D 

Espesor de la Losa de Concreto Calculado Espesor de la Losa de Concreto Adoptado

D= D=

] 18.42 ) 0.25 Ec k

5.481 …….. Ec. II

 

16.36 17.50

Cm Cm

5.- RESUMEN DE ESPECIFICACIONES PARA COLOCACIÓN DE JUNTAS Espesor de Losa 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [1] : [2] : [3] : [4] :

[1] Espaciamiento [2] Profundidad de entre Juntas (cm) Corte de Juntas (cm) 360 5.00 384 5.33 408 5.67 432 6.00 456 6.33 480 6.67 504 7.00 528 7.33 552 7.67 576 8.00 600 8.33 624 8.67 648 9.00 672 9.33 696 9.67 720 10.00

[3] Profundidad del [4] Ancho del Corte Material de Sellado (cm) para la Junta (cm) 1.00 0.50 1.07 0.53 1.13 0.57 1.20 0.60 1.27 0.63 1.33 0.67 1.40 0.70 1.47 0.73 1.53 0.77 1.60 0.80 1.67 0.83 1.73 0.87 1.80 0.90 1.87 0.93 1.93 0.97 2.00 1.00

El Espaciamiento entre juntas es 24 veces el espesor de la Losa en cm La Profundidad del corte de la junta es 1/3 del espesor de la Losa en cm La Profundidad del material de sellado es 1/5 de la Profundidad de la junta en cm El Ancho del corte de la junta es 1/10 de la profundidad de la junta en cm

6.- RESUMEN DE ESPECIFICACIONES PARA COLOCACIÓN DE DOVELAS Espesor de Losa

[1] Diámetro de Dovelas cm (plg)

[2] Largo de Dovelas [3] Diámetro Comercial de [4] Profundidad de [5] Separación (cm) Dovela (plg) Dovelas (cm) entre Dovelas (cm)


Espesor de Losa 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [1] : [2] : [3] : [4] : [5] :

[1] Diámetro de Dovelas cm (plg) 1.88 (0.74) 2.01 (0.79) 2.13 (0.84) 2.26 (0.89) 2.39 (0.94) 2.49 (0.98) 2.62 (1.03) 2.74 (1.08) 2.87 (1.13) 3.00 (1.18) 3.12 (1.23) 3.25 (1.28) 3.38 (1.33) 3.51 (1.38) 3.63 (1.43) 3.76 (1.48)

[2] Largo de Dovelas [3] Diámetro Comercial de [4] Profundidad de [5] Separación (cm) Dovela (plg) Dovelas (cm) entre Dovelas (cm) 28.00 3/4 7.50 30.00 29.00 3/4 8.00 30.00 31.00 7/8 8.50 30.00 32.00 7/8 9.00 30.00 34.00 1.00 9.50 30.00 35.00 1.00 10.00 30.00 37.00 1.00 10.50 30.00 38.00 1 1/8 11.00 30.00 40.00 1 1/8 11.50 30.00 41.00 1 1/8 12.00 30.00 43.00 1 1/4 12.50 30.00 44.00 1 1/4 13.00 30.00 46.00 1 3/8 13.50 30.00 47.00 1 3/8 14.00 30.00 49.00 1 3/8 14.50 30.00 50.00 1 1/2 15.00 30.00

El Diámetro de la Dovela es de 1/8 del espesor de la losa, en pulgadas. Largo de Dovelas es igual a 12 veces su diametro mas 5 centimetros. Diámetro de la Dovela convertido a Diámetro comercial en Pulgadas. La Profundidad de instalación de la Dovela es 1/2 del espesor de la Losa en cm. La Separación recomendable entre Dovelas en cm.

7.- MODULACIÓN DE LOSAS La relación entre largo y Ancho de un tablero de losas no deberas estar fuera de estos limites: 0.71 a 1.40

INGRESAR ANCHO DE VIA (2Y)= 7.2 INGRESAR LONGITUD DE PAÑO (X)= 3 X/Y= 0.833333

Y= 3.6

CONSIDERAR 2 PAÑOS

¡OK!


DISEÑO DE ESPESOR DE PAVIMENTO RIGIDO METODO AASHTO-93 PROYECTO:

“CREACIÓN DE PISTAS, VEREDAS Y CUNETAS DE LA COMUNIDAD CAMPESINA DE LA ESP

FECHA:

Noviembre 2012

DATOS DEL PROYECTO

PERIODO DE DISEÑO

20.00

años

TASA DE CRECIMIENTO

1.30

%

FACTOR DE SENTIDO

0.50

----

FACTOR CARRIL

1.00

----

SUELO DE FUNDACION: CBR DE DISEÑO:

19.70

%

DATOS DE DISEÑO

TRAFICO (ESAL's)

22,295.84

----

INDICE DE SERVICIALIDAD INICIAL ( Po)

4.50

----

INDICE DE SERVICIALIDAD INICIAL ( Pt)

2.00

----

463.72

Psi

3,091,736.68

Psi

MODULO DE ROPTURA (Sć) MODULO DE ELASTICIDAD (Ec) RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE (K)

73.83 Mpa/m

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGA (J)

4.20

----

COEFICIENTE DE DRENAJE (Cd)

1.05

----

50.00

----

DESVIACION ESTANDAR NORMAL (Zr)

0.00

----

ERROR ESTANDAR COMBINADO (So)

0.35

----

NIVEL DE CONFIABILIDAD (R)

DISEÑO DE ESPESORES


SUB BASE GRANULAR

17.50

cm

LOSA DE CONCRETO

17.50

cm


NETAS DE LA COMUNIDAD CAMPESINA DE LA ESPERANZA, DISTRITO DE TANTAMAYO – HUAMALIES – HUÁNUCO”


5- Diseño de Pavimento Rigido

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